(57)【要約】【課題】  安価で簡便かつ正確に、高炉炉体冷却設備の破損を検知することができる方法を提案する。【解決手段】  高炉の炉体側壁冷却用ステーブや冷却盤および羽口冷却設備の破損の有無を冷却排水中の気泡量から検知する方法において、その検知に際して、冷却設備の排出口に、上流側の管内径を排出口の外径以上とし、下流側の管内径を排出口の内径未満とした透明先細管を着脱可能に取り付け、この透明先細管中を流れる冷却水中の気泡量に応じて破損の有無を判定することを特徴とする高炉炉体冷却設備の破損検知方法。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉炉体冷却設備の破損の有無を冷却排水中の気泡観察によって検知する方法において、その検知に際して、冷却設備の排出口に透明先細管を着脱可能に取り付け、この透明先細管中を流れる冷却水中の気泡量に応じて破損の有無を判定することを特徴とする高炉炉体冷却設備の破損検知方法。
【請求項２】
上記透明先細管は、上流側の管内径を排出口の外径以上とし、下流側の管内径を排出口の内径未満としたものであることを特徴とする請求項１に記載の高炉炉体冷却設備の破損検知方法。
【請求項３】
上記冷却設備は、炉体側壁冷却用ステーブや冷却盤あるいは羽口冷却設備などの密閉型冷却設備であることを特徴とする請求項１または２に記載の高炉炉体冷却設備の破損検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉炉体の冷却設備、例えば、炉体に埋設されたステーブや羽口等に設置された冷却設備の破損を正確かつ迅速に検知する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、外周囲が鉄皮で覆われ、その内側に耐火れんがのライニングを有する竪型炉であり、炉頂部より鉄鉱石や焼結鉱と共に、コークスあるいは石灰石などの原料を装入し、炉下部付近に設置された複数の羽口から約1200℃以上の熱風を吹き込み、コークスを燃焼させて生じるＣＯやＣＯ2を含む高温のガスにより、鉄鉱石を加熱し、還元し、そして溶解し、炉底部から溶融した銑鉄および鉱滓を取り出すための炉である。一般に、高炉の内部温度は、炉頂部で200〜300℃、下部に行くにしたがって高温となり、羽口付近では2300〜2500℃に達する。そのため、高炉炉体の冷却および羽口の冷却は、不可欠である。
【０００３】
高炉炉体、特に炉体側壁の冷却方式としては、ステーブを用いる方法が知られている。このステーブを用いる冷却は、冷却用パイプを鋳鉄中もしくは銅中に鋳包んだステーブと言われる冷却体を、鉄皮と耐火物の間に配設し、上記冷却パイプ内に冷却水を強制循環することによって冷却している。また、羽口の冷却は、純銅製の羽口内部に冷却水の流路を設けて、この流路に冷却水を強制循環させることにより行われている。
【０００４】
ところで、高炉の操業中に冷却設備の一部、例えば、羽口の一部が破損したりすると、羽口内部を循環している冷却水が高炉内に漏洩して、炉内の水蒸気爆発や炉内の冷え込み等を引き起こし、高炉操業に重大な支障を来たすことが知られている。そのため、炉頂ガス中の水素分の変化や冷却水の給排水の圧力、給排水の流量差等を測定し、設備の破損状況を検知することが行われている。しかし、上記方法では、検知された時は、既に破損が生じた後である。また、羽口の場合には、高炉休風時等に羽口を引き抜き、破損の程度を調べることも有効であるが、羽口の熱変形のために再度取付けるときの芯合せが困難である。
【０００５】
これらの問題に対しては、例えば、特許文献１には、羽口の後端部を開孔して先端付近で閉塞する管路を別途該羽口内に設け、該管路の先端溶損に伴う内圧変動を感知する技術が、また、特許文献２には、羽口先端から後端間に埋設した単線もしくは複数本の絶縁導線に、該導線の現有長さ測定装置を接続した羽口を用いる技術が開示されている。しかし、これらの技術は、羽口全面に管路あるいは絶縁導線を布設することができないため、場所によっては検出不能となったり、これらの材料を埋設した近傍の熱伝達が阻害され、逆に、検出部位の局部損耗を招いたりする等の欠点を有している。
【０００６】
そこで、上記問題点を解決する技術として、特許文献３には、羽口冷却水の出側の排水流路で気泡の通過量を連続もしくは断続的に測定し、該測定量を予め設定された基準値と比較判別することにより、該羽口の残存肉厚を把握する方法が提案されている。この技術は、冷却水を循環して羽口を冷却する場合には、羽口内側表面の温度が他の部分より高温になるため、冷却排水中に気泡が生成するが、その発生量は、羽口の肉厚が薄くなるにしたがい増加するとの知見に基くものである。
【特許文献１】実開昭５２−００９６０３号公報
【特許文献２】実開昭５９−００４０４０号公報
【特許文献３】特公平０７−０６５０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記引用文献３の技術により、既存の羽口の冷却能を損なうことなく残存肉厚を測定することが可能となった。しかしながら、特許文献３の技術には、設備投資が必要な他、気泡自体の検出が困難であるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、安価で簡便かつ正確に、高炉炉体冷却設備の破損を検知することができる方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは、ステーブや羽口冷却設備が破損した場合に、冷却排水中に混入する気泡の量を、簡便かつ正確に検知する方法について検討を重ねた。その結果、冷却設備から排出される冷却水の排水口に、透明先細管を着脱可能に取り付け、この透明先細管内を流れる冷却水を目視観察すれば、冷却水中に混入している気泡の量を正確に把握できることを知見し、本発明を開発した。
【００１０】
すなわち、本発明は、高炉炉体冷却設備の破損の有無を冷却排水中の気泡観察によって検知する方法において、その検知に際して、冷却設備の排出口に透明先細管を着脱可能に取り付け、この透明先細管中を流れる冷却水中の気泡量に応じて破損の有無を判定することを特徴とする高炉炉体冷却設備の破損検知方法である。
【００１１】
本発明において、上記透明先細管は、上流側の管内径を排出口の外径以上とし、下流側の管内径を排出口の内径未満としたものであることを特徴とする。
【００１２】
また本発明において、上記冷却設備は、炉体側壁冷却用ステーブや冷却盤あるいは羽口冷却設備などの密閉型冷却設備であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高炉炉体に設置された冷却設備から排出される冷却水中に混入する気泡量を、複雑かつ高価な検知システムを用いることなく、簡便な方法で正確に検知することができるので、羽口等の冷却設備の破損を早期に発見することができ、高炉の安定操業に大いに寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を開発するに至った経緯について説明する。
上述したように、羽口やステーブ等の冷却設備が破損した場合、そこから排出される冷却排水中には、気泡が混入していることは従来から知られていた。しかし、排出口から排出される冷却水は、図１の写真に示したような状況で排出されるため、この状態のままでは、冷却水に混入している気泡を目視で確認することはできない。そこで、冷却水中に混入している気泡を目視でも十分に確認する方法を検討した。その結果、水中にある物は、水面上から単に見ただけでは揺らぎのため十分認識できないが、水中めがねや水中観察窓等のように、透明な物質を介して見た場合には、はっきりと認識できるという現象があることに想到した。
【００１５】
そこで、発明者らは、排水口から排出される冷却水の目視観察に、上記現象を適用することを試みた。図２は、冷却水の排出口の先端に、内径が排出口とほぼ同一の透明パイプを取り付けた時の冷却水の流れを図示したものである。これにより、透明パイプの内部を流れる冷却水中に含まれる気泡を目視でもはっきりと確認できるようになった。しかし、この方法には、下記の問題があった。
(1)パイプは、取り付けた当初は透明だが、そのまま取り付けておいた場合には４〜５日で、パイプ内面に汚れが付着して、冷却水の流れを確認できなくなる。
(2) パイプの内径が、排出口の内径と同一の場合には、パイプ内部が負圧となり、パイプの取付箇所から空気を吸い込んで排水中に気泡が混入し、誤検出を招く虞がある。
【００１６】
そこで、発明者らは、さらに改良を加え、上記透明パイプを常時取り付ける方法に代えて、図３に示したように、冷却設備の破損有無を検知しようとする時にのみ、冷却設備排出口に対して、上流側が大径で下流側が小径の透明先細管を、排出口の先端部分に間隔をおいて取り付けることを試みた。その結果、透明先細管の内面の汚れを防止でき(汚れたとしても、洗浄可能)、しかも、空気の吸い込みによる気泡の混入も起こらないことを確認し、本発明を完成させた。
【００１７】
なお、本発明における上記透明先細管は、上流側の管内径を排出口の外径以上とし、下流側の管内径を排出口の内径未満としたものであることが好ましい。また、透明先細管を排水口に取り付けるに当たっては、該透明先細管の上流側端部を、排水口の下端と高さがほぼ同位置かそれ以上の位置に、透明先細管の内面と排出口の外面との間隔をおいて取り付けることが好ましい。というのは、透明先細管の上流側の管内径が、排出口の外径未満では、排出口から排出される冷却水を全て透明先細管で受けることは難しいからである。一方、透明先細管の下流側の管内径を排出口の内径未満とする理由は、透明先細管の下流側出口を絞ることにより、透明先細管内が負圧となるのを防止し空気の混入を防ぐことができるからである。なお、下流側出口は、排出される冷却水の流量、圧力によって適宜変更することが望ましい。
【００１８】
また、取り付ける透明先細管の上流側端部が、排水口の下端と高さとほぼ同位置かそれ以上となるように、かつ、透明先細管の内面と排出口の外径とを間隔をおいて取り付ける理由は、透明先細管に通された全冷却水のうち、下流側出口から流出しきれない冷却水を上流側から溢れ出させること、またこれにより、透明先細管内を流れる冷却水中への空気の混入を防止できるからである。ただし、この際、透明先細管の内面と排出口の外径との間隔を小さくし過ぎると、冷却水の流れの抵抗となり、冷却条件にも変化を来たすので好ましくない。なお、透明先細管の上流側から溢れ出る冷却水は、透明先細管の取り付け角度を調節し、溢れ出る冷却水の方向を調整すれば、透明先細管の内部を流れる冷却水を観察するには支障は来たさない。
【００１９】
また、本発明において用いる先細管は、上述した寸法基準を満たす透明なものであればよく、例えば、透明のビニールや樹脂、ガラス製のラッパ状筒状体等を用いることができる。また、汎用品を流用してもよく、例えば、透明のペットボトルを底部と上部(飲み口側)で切断し、底部側(大径側)を上流側とし、飲み口側(小径側)を下流側として用いてもよい。図４に示した写真は、ペットボトルを適用した例を示すものである。
【００２０】
なお、本発明の破損検知方法は、冷却設備の破損によって、冷却水中に外部気体が混入して気泡が発生する現象が起こる密閉型冷却設備であればいずれにも適用でき、例えば、高炉の炉体側壁の冷却設備であるステーブや冷却盤、あるいは羽口の冷却設備などに好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】冷却水が排出口から排出される状況を示す写真である。
【図２】排出口の先端に、内径が排出口とほぼ同一の透明パイプを取り付けた時の、冷却水の流れを説明する図である。
【図３】排出口の先端に、透明先細管を取り付けた時の冷却水の流れを説明する図である。
【図４】排出口の先端に、ペットボトルを流用した透明先細管を取り付けた実施例の写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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